Геометрия является ключевым атрибутом твердых частиц и тел, которые они включают. Это показывает в серьезной визуализации, обеспеченной Твердыми блоками как визуальные помощники во время моделирования. Это показывает также в визуализации мультитела, отображенной в Mechanics Explorer после образцового блока и во время симуляции. Это - одна цель стереометрии: включить визуализацию для целого рабочего процесса моделирования, от концепции одного тела к симуляции полной модели мультитела.
Геометрия элемента тела
Стереометрия служит второй, менее видимой, цели: упростить спецификацию инерции в блоке Solid. Объем твердых параметров инерции с готовностью вычисляется, если и геометрия и масса, или, альтернативно, массовая плотность, известны. Блок Solid обеспечивает параметризацию инерции, Calculate from Geometry, который выполняет эти вычисления для вас. Вы задаете стереометрию и меру ее массы; групповые переносы необходимое численное интегрирование, чтобы получить остающиеся параметры инерции — моменты инерции, продукты инерции и центр массы.
Стереометрия отличается практическим способом от кадров и инерции. Последние являются атрибутами, которые можно смоделировать в блоках использования изоляции, таких как Твердое Преобразование и Инерция. Нет никакого эквивалентного, специализированного блока для стереометрии. Графические блоки и блоки Сплайна представляют конфигурации — и обеспечивают, визуализация означает для тех конфигураций — но ни один не соответствующая замена для фактической стереометрии.
Блок Graphic просто добавляет маркер в кадр, обычно как средние значения выделения того кадра. Блок Spline добавляет плоскую или пространственную кривую, в основном предназначенную для использования с блоком Point on Curve Constraint. Если вы хотите визуализировать твердые частицы и тела или преимущество от автоматических вычислений инерции, которые включает стереометрия, необходимо использовать блок Solid.
CylinderИспользуйте блок Solid, чтобы смоделировать тело с простой предварительно установленной формой — цилиндр с радиусом 5 см и длиной 20 см. Визуализируйте тело в панели визуализации блока Solid. Проигнорируйте относительное размещение тела в (неполной) модели.
Добавьте блок Solid в новую модель Simulink и откройте диалоговое окно блока. Отметьте раздел параметров Geometry, который по умолчанию указывает, что Brick формирует 1 м в стороне.
Из выпадающего списка Geometry> Shape выберите Cylinder. Параметры Geometry разделяют обновления, чтобы показать необходимые свойства Cylinder — Radius и Length.
В строке параметра Radius введите значение 5 и выберите модули cm. Можно выбрать модули из выпадающего списка или ввести их вручную.
В строке параметра Length введите значение 20 и снова выберите модули cm. Отметьте предупреждение в панели визуализации, убеждающей вас обновить серьезную визуализацию.
В панели инструментов визуализации нажмите кнопку Update Visualization. Панель визуализации обновляется с новой стереометрией, но, из-за ее небольших размерностей, это едва видимо. Нажмите кнопку Fit to View, чтобы оптимизировать уровень изменения масштаба. Гарантируйте, что стереометрия как ожидалось.
Расширьте раздел параметров Inertia и примите во внимание установку параметра Type. Автоматическое вычисление свойств инерции от геометрии по умолчанию включено. Чтобы завершить модель вашего тела, вы должны только гарантировать, что его массовая или массовая плотность установлена в правильное значение. Нажмите OK, чтобы принять текущие серьезные настройки.
Если блок Solid не связан, относительное размещение того тела не определено. Чтобы разрешить твердое положение — его положение и ориентацию — в модели, необходимо соединить ссылочный порт кадра (B) или, если вы предпочитаете, пользовательский порт кадра, принадлежа блоку Solid. Например, соединение порта R к порту W блока World Frame выровняло бы тело так, чтобы его ссылочный кадр был совпадающим с мировым кадром. Данные показывают такую связь
Определение пространственных отношений, таких как это является ключевым для моделирования в среде Simscape Multibody. Можно вращать и перевести два кадра друг относительно друга путем применяния названных твердых преобразований операций между теми кадрами. Узнать больше о кадрах и преобразовывает, смотрите Работу с Кадрами.
Для простоты моделирования блок Solid обеспечивает интерфейс создания кадра. Можно использовать этот интерфейс, чтобы добавить и выровнять новые кадры, чтобы выбрать функции геометрии, такие как вершины, ребра, поверхности и объемы. Чтобы изучить, как создать кадры с помощью этого интерфейса, смотрите Создающие Пользовательские Твердые Кадры
.
Блок Solid обеспечивает большой массив предварительно установленных форм — те с простой параметризацией, показывающей с готовностью доступные параметры, такие как Radius и Length, как входные параметры. Предварительно установленные формы позволяют быстро смоделировать сферические, цилиндрические, и призматические твердые частицы среди других. Для большей универсальности предварительно установленные формы включают General Extrusion и Revolution — формы, поперечные сечения которых, быть ими вперед или об оси, можно изменить. Чтобы узнать больше об этих формах, смотрите Экструзии Моделирования и Обороты.
RevolutionИспользуйте блок Solid, чтобы смоделировать тело оборота — конус с высотой 5 футов и основным радиусом также 5 футов. Визуализируйте тело в панели визуализации блока Solid. Проигнорируйте относительное размещение тела в (все еще неполный) модель.
Добавьте блок Solid в модель Simulink. Можно снова использовать блок Solid от предыдущего примера стереометрии.
Из выпадающего списка Geometry> Shape выберите Revolution. Параметры Geometry разделяют обновления, чтобы показать необходимые параметры Revolution: Cross-Section и Length.
В строке параметра Cross-Section введите координатный матричный [0 0; 5 0; 0 5] и выберите модули ft. Каждая строка матрицы обеспечивает [x
z] координирует пару, заданную в том порядке, для точки поперечного сечения.
Нажмите кнопку Update Visualization и кнопку Fit to View. Гарантируйте, что стереометрия как ожидалось. Нажмите OK, чтобы принять новую стереометрию и закрыть диалоговое окно блока.
Блок Solid генерирует форму Revolution путем развертки заданного поперечного сечения xz об оси z. Чтобы последовательно генерировать допустимую форму без ошибок, блок Solid осуществляет несколько правил. В первую очередь среди них требование, чтобы, когда вы проистекаете из одной точки в координатной матрице к следующему, твердая область лгала вашему левому и пустому (или пустота) область с правой стороны от вас. То же правило применяется к формам General Extrusion с одним отличием: координаты поперечного сечения (x, y), пары и поперечное сечение находятся в плоскости xy. Чтобы узнать больше о Revolution и поперечных сечениях General Extrusion, смотрите Экструзии Моделирования и Обороты.
Вместо того, чтобы задавать твердую форму, можно импортировать один из внешнего файла геометрии. Эта опция, доступная из выпадающего списка Geometry> Shape блока Solid (как From File), обеспечивает ваш оптимальный маршрут для моделирования комплексных или сложных стереометрий. Необходимо получить желаемую геометрию в поддерживаемом формате — в настоящее время ПРОДВИГАЮТСЯ (также называемый STP) или STL.
Формат ШАГА рекомендуется, когда он приводит к тому, что является обычно меньшими файлами, чем эквивалентные конфигурации STL. ШАГ является также единственными из двух форматов, которые допускают автоматическое вычисление инерции от геометрии. Необходимо явным образом задать моменты инерции, продукты инерции и центр массы тела при импорте геометрии STL.
Обратите внимание на то, что очень большие файлы могут медленно загружать и задерживать обычно быстрый образцовый шаг обновления (Simulation> Update Diagram). Размер ШАГА или файла STL зависит до степени от приложения, используемого, чтобы сгенерировать файл. Можно, в некоторых случаях, уменьшать размер при помощи различного приложения, чтобы экспортировать стереометрию.
Используйте блок Solid, чтобы импортировать подробную косоугольную геометрию механизма. Геометрия механизма была создана в программном обеспечении CAD и впоследствии экспортирована в формате ШАГА. Визуализируйте тело в панели визуализации блока Solid и проигнорируйте относительное размещение тела в модели.
Добавьте блок Solid в модель Simulink. Можно снова использовать блок Solid от предыдущего примера стереометрии.
Из выпадающего списка Geometry> Shape выберите From File. Параметры Geometry разделяют обновления, чтобы показать необходимые свойства импорта файла — File Type, File Name, и, для файлов STL только, Units.
Из выпадающего списка File Type выберите STEP. Это - рекомендуемый тип файла геометрии. Файлы ШАГА обычно меньше, чем их дубликаты STL и включают автоматическое вычисление из геометрии.
В поле параметра File Name введите bevel_c.step. Это имя файла соответствует геометрии ШАГА в качестве примера, которая находится по умолчанию на вашем пути MATLAB. Если вы испытываете какие-либо проблемы, можно ввести путь к файлу:
matlabroot/toolbox/physmod/sm/docexamples/bevel_gear/bevel_c.step
matlabroot.Нажмите кнопку Update Visualization и затем кнопку Fit to View. Гарантируйте, что стереометрия как ожидалось. Нажмите OK, чтобы принять новую стереометрию и закрыть диалоговое окно блока.
Можно получить ШАГ или файл геометрии STL от Модели CAD. Большинство приложений CAD позволяет вам экспортировать свои конфигурации части в них (среди другого) форматы. Если вы владеете мастерством использования приложения CAD или имеете поддержку кого-то, кто, можно создать подробную стереометрию в CAD, экспортировать его на ШАГЕ или файле STL, и импортировать итоговый файл геометрии в блок Solid.
Если вы испытываете недостаток в лицензии на профессиональное приложение CAD, программное обеспечение с открытым исходным кодом, такое как FreeCAD может обеспечить подходящую альтернативу. Onshape, профессионал, полное облако приложение CAD, предоставляет планы бесплатной подписки. Этот инструмент имеет преимущество разрешения вам импортировать полные блоки мультитела в среду Simscape Multibody с помощью функции smexportonshape. Для получения дополнительной информации см. Импорт Onshape.
Если вы не можете получить ШАГ или файл STL с желаемой стереометрией, можно все еще аппроксимировать ту геометрию — путем объединения более простых предварительно установленных форм в большее, составное, формы. Необходимо использовать несколько Твердых блоков — один для каждой предварительно установленной формы тела. Часто, необходимо также использовать Твердые блоки Преобразования, чтобы задать пространственные отношения, которые существуют между твердыми ссылочными кадрами. Данные показывают стереометрию, что можно смоделировать как составная форма — бинарная ссылка с разделом дыры (маркировал A), основной раздел (B) и раздел штепселя (C).
Для примера, показывающего, как смоделировать это составное тело, смотрите Попытку Оно: Создайте Составную Геометрию.